使用 rustup 将 Rust 带到任何地方

2016 年 5 月 13 日 · Brian Anderson

交叉编译 是一个对于常见需求来说略显夸张的术语

  • 你希望使用你的笔记本电脑为 Android、iOS 或你的路由器构建应用程序。

  • 你希望在你的 Mac 上编写、测试和构建代码，但将其部署到你的 Linux 服务器上。

  • 你希望你的基于 Linux 的构建服务器为所有你发布的平台生成二进制文件。

  • 你希望构建一个超轻便的二进制文件，你可以将其发布到任何 Linux 平台。

  • 你希望使用 Emscripten 或 WebAssembly 来面向浏览器。

换句话说，你希望在一个 “主机” 平台上进行开发/构建，但最终得到一个在不同的 “目标” 平台上运行的二进制文件。

得益于 LLVM 后端，原则上交叉编译 Rust 代码始终是可能的：只需告诉后端使用不同的目标！事实上，勇敢的黑客已经将 Rust 应用于嵌入式系统，例如 Raspberry Pi 3、裸机 ARM、运行 OpenWRT 的 MIPS 路由器 以及许多其他设备。

但在实践中，你需要将许多问题都解决妥当才能使其正常工作：适当的 Rust 标准库、一个包括链接器、头文件和 C 库的二进制文件的交叉编译 C 工具链等等。这通常需要仔细研读各种博客文章和软件包安装程序，才能使一切 “恰到好处”。并且，对于每对主机和目标平台，工具的精确组合可能是不同的。

Rust 社区一直在努力实现 “一键式交叉编译” 的目标。我们希望通过运行单个命令，为给定的主机/目标对提供完整的设置。今天，我们很高兴地宣布这项工作的主要部分正在进入 beta 状态：我们正在为各种目标构建 Rust 标准库的二进制文件，并通过一个名为 rustup 的新工具将其交付给你。

rustup 介绍

从本质上讲，rustup 是一个 Rust 的工具链管理器。它可以下载并切换所有受支持平台的 Rust 编译器和标准库的副本，并跟踪 Rust 的 nightly、beta 和 release 频道 以及特定的版本。在这方面，rustup 类似于 Ruby 和 Python 的 rvm、rbenv 和 pyenv 工具。我将在帖子的其余部分中介绍所有这些功能以及它们有用的情况。

如今，rustup 是一个命令行应用程序，我将向你展示一些它可以执行的操作示例，但它也是一个 Rust 库，最终这些功能有望通过适当的图形界面呈现 - 特别是在 Windows 上。交叉编译的设置最终应该是在 Rust 安装程序中勾选一个复选框的问题。

我们的目标不仅仅是管理 Rust 工具链：为了获得真正的 “一键式” 交叉编译体验，它还需要设置 C 工具链。此功能今天尚未发布，但我们希望在未来几个月内将其纳入。

基本工具链管理

让我们从一个简单的示例开始：安装多个 Rust 工具链。在此示例中，我创建了一个新库 'hello'，然后使用 rustc 1.8 对其进行测试，然后使用 rustup 在 1.9 beta 上安装并测试同一个 crate。

这是一种轻松验证你的代码在下一个 Rust 版本上是否有效的方法。这是一种良好的 Rust 社区行为！

我们可以使用 rustup show 来显示已安装的工具链，并使用 rustup update 来保持它们与 Rust 版本的同步。

最后，rustup 还可以使用 rustup default 更改默认工具链

$ rustc --version
rustc 1.8.0 (db2939409 2016-04-11)
$ rustup default 1.7.0
info: syncing channel updates for '1.7.0-x86_64-unknown-linux-gnu'
info: downloading component 'rust'
info: installing component 'rust'
info: default toolchain set to '1.7.0-x86_64-unknown-linux-gnu'

  1.7.0-x86_64-unknown-linux-gnu installed - rustc 1.7.0 (a5d1e7a59 2016-02-29)

$ rustc --version
rustc 1.7.0 (a5d1e7a59 2016-02-29)

在 Windows 上，Rust 同时支持 GNU 和 MSVC ABI，你可能希望从 Windows 上以 32 位 x86 架构和 GNU ABI 为目标的默认稳定工具链切换到以 64 位 MSVC ABI 为目标的稳定工具链。

$ rustup default stable-x86_64-pc-windows-msvc
info: syncing channel updates for 'stable-x86_64-pc-windows-msvc'
info: downloading component 'rustc'
info: downloading component 'rust-std'
...

  stable-x86_64-pc-windows-msvc installed - rustc 1.8.0-stable (db2939409 2016-04-11)

在这里，“stable” 工具链名称附加了一个额外的标识符，指示编译器的架构，在本例中为 x86_64-pc-windows-msvc。此标识符称为 “目标三元组”：“目标” 是因为它指定了编译器生成（目标）机器代码的平台；而 “三元组” 是出于历史原因（在许多情况下，“三元组” 现在实际上是四元组）。目标三元组是我们引用特定常见平台的基本方式；rustc 默认知道其中的 56 个，而 rustup 今天可以获取 14 个编译器的标准库和 30 个标准库。

示例：在 Linux 上构建静态二进制文件

现在我们已经准备好了基本要素，让我们将它们应用到简单的交叉编译任务中：为 Linux 构建超轻便的静态二进制文件。

Linux 的一个独特的特性，并且日益受到重视的是其稳定的 syscall 接口。由于 Linux 内核在维护向后兼容的内核接口方面付出了巨大的努力，因此可以分发没有动态库依赖的 ELF 二进制文件，这些文件将在任何版本的 Linux 上运行。除了成为使 Docker 成为可能的功能之一之外，它还允许开发人员构建独立的应用程序并将其部署到任何运行 Linux 的机器，无论它是 Ubuntu、Fedora 还是任何其他发行版，也无论它们安装了什么软件库。

今天的 Rust 依赖于 libc，并且在大多数 Linux 上，这意味着 glibc。从技术上讲，完全静态链接 glibc 是一个具有挑战性的事情，当使用它来生成真正独立的二进制文件时会带来困难。幸运的是，存在替代方案：musl，它是 libc 的一个小型、现代实现，可以轻松地进行静态链接。自 1.1 版本以来，Rust 一直与 musl 兼容，但直到最近，开发人员仍需要构建自己的编译器才能从中受益。

有了这些背景知识，让我们来完成编译静态链接的 Linux 可执行文件。在此示例中，你需要在 Linux 上运行 - 也就是说，你的主机平台将是 Linux，而你的目标平台也将是 Linux，只是不同的风格：musl。（是的，即使两个目标都是 Linux，这在技术上也是交叉编译）。

我将在 Ubuntu 16.04 上运行（使用 此 Docker 镜像）。我们将构建基本的 hello world

rust:~$ cargo new --bin hello && cd hello
rust:~/hello$ cargo run
   Compiling hello v0.1.0 (file:///home/rust/hello)
     Running `target/debug/hello`
Hello, world!

这是使用默认的 x86_64-unknown-linux-gnu 目标。你可以看到它有很多动态依赖项

rust:~/hello$ ldd target/debug/hello
        linux-vdso.so.1 =>  (0x00007ffe5e979000)
        libdl.so.2 => /lib/x86_64-linux-gnu/libdl.so.2 (0x00007fca26d03000)
        libpthread.so.0 => /lib/x86_64-linux-gnu/libpthread.so.0 (0x00007fca26ae6000)
        libgcc_s.so.1 => /lib/x86_64-linux-gnu/libgcc_s.so.1 (0x00007fca268cf000)
        libc.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libc.so.6 (0x00007fca26506000)
        /lib64/ld-linux-x86-64.so.2 (0x000056104c935000)
        libm.so.6 => /lib/x86_64-linux-gnu/libm.so.6 (0x00007fca261fd000)

要改为为 musl 编译，请使用参数 --target=x86_64-unknown-linux-musl 调用 cargo。如果我们直接尝试，将会收到错误

rust:~/hello$ cargo run --target=x86_64-unknown-linux-musl
   Compiling hello v0.1.0 (file:///home/rust/hello)
error: can't find crate for `std` [E0463]
error: aborting due to previous error
Could not compile `hello`.
...

错误告诉我们编译器找不到 std。当然，那是因为我们尚未安装它。

要开始交叉编译，你需要获取目标平台的标准库。以前，这是一个容易出错的手动过程 - 回顾我之前提到的那些博客文章。但是，使用 rustup，它只是日常工作流程的一部分

rust:~/hello$ rustup target add x86_64-unknown-linux-musl
info: downloading component 'rust-std' for 'x86_64-unknown-linux-musl'
info: installing component 'rust-std' for 'x86_64-unknown-linux-musl'
rust:~/hello$ rustup show
installed targets for active toolchain
--------------------------------------

x86_64-unknown-linux-gnu
x86_64-unknown-linux-musl

active toolchain
----------------

stable-x86_64-unknown-linux-gnu (default)
rustc 1.8.0 (db2939409 2016-04-11)

因此，我正在针对 64 位 x86 运行 Linux 的 1.8 工具链，如 x86_64-unknown-linux-gnu 目标三元组所示，现在我也可以以 x86_64-unknown-linux-musl 为目标。真棒。我们肯定已经准备好构建一个可以发布到云端的、精巧的静态链接二进制文件了。让我们试试

rust:~/hello$ cargo run --target=x86_64-unknown-linux-musl
   Compiling hello v0.1.0 (file:///hello)
     Running `target/x86_64-unknown-linux-musl/debug/hello`
Hello, world!

然后... 它就工作了！在上面运行 ldd 来证明它是真实存在的

rust:~/hello$ ldd target/x86_64-unknown-linux-musl/debug/hello
        not a dynamic executable

现在，将该 hello 二进制文件复制到任何运行 Linux 的 x86_64 机器上，它都可以正常运行。

有关 musl 的更多高级用法，请考虑使用 rust-musl-builder，这是一个为 musl 开发设置的 Docker 镜像，它有益地包含为 musl 编译的常见 C 库。

示例：在 Android 上运行 Rust

再举一个例子。这次是从 Linux 为 Android 构建，即从 x86_64-unknown-linux-gnu 到 arm-linux-androideabi。这也可以从 OS X 或 Windows 完成，尽管在 Windows 上设置略有不同。

要为 Android 构建，我们需要添加 Android 目标，因此让我们设置另一个 'hello, world' 项目并安装它。

rust:~$ cargo new --bin hello && cd hello
rust:~/hello$ rustup target add arm-linux-androideabi
info: downloading component 'rust-std' for 'arm-linux-androideabi'
info: installing component 'rust-std' for 'arm-linux-androideabi'
rust:~/hello$ rustup show
installed targets for active toolchain
--------------------------------------

arm-linux-androideabi
x86_64-unknown-linux-gnu

active toolchain
----------------

stable-x86_64-unknown-linux-gnu (default)
rustc 1.8.0 (db2939409 2016-04-11)

那么，如果我们尝试直接构建我们的 'hello' 项目而不安装任何其他内容，会发生什么

rust:~/hello$ cargo build --target=arm-linux-androideabi
   Compiling hello v0.1.0 (file:///home/rust/hello)
error: linking with `cc` failed: exit code: 1
... (lots of noise elided)
error: aborting due to previous error
Could not compile `hello`.

问题在于我们还没有支持 Android 的链接器，因此让我们花点时间来讨论一下为 Android 构建。要为 Android 开发，我们需要 Android NDK。它包含 rustc 创建 Android 二进制文件所需的链接器。要仅构建以 Android 为目标的 Rust 代码，我们只需要 NDK，但是对于实际开发，我们还需要 Android SDK。

在 Linux 上，使用以下命令下载并解压它们（此处未包含其输出）

rust:~/home$ cd
rust:~$ curl -O https://dl.google.com/android/android-sdk_r24.4.1-linux.tgz
rust:~$ tar xzf android-sdk_r24.4.1-linux.tgz
rust:~$ curl -O https://dl.google.com/android/repository/android-ndk-r10e-linux-x86_64.zip
rust:~$ unzip android-ndk-r10e-linux-x86_64.zip

我们还需要创建 NDK 所谓的 “独立工具链”。我们将把我们的工具链放在一个名为 android-18-toolchain 的目录中

rust:~$ android-ndk-r10e/build/tools/make-standalone-toolchain.sh \
      --platform=android-18 --toolchain=arm-linux-androideabi-clang3.6 \
      --install-dir=android-18-toolchain --ndk-dir=android-ndk-r10e/ --arch=arm
Auto-config: --toolchain=arm-linux-androideabi-4.8, --llvm-version=3.6
Copying prebuilt binaries...
Copying sysroot headers and libraries...
Copying c++ runtime headers and libraries...
Copying files to: android-18-toolchain
Cleaning up...
Done.

让我们注意一下这些命令中的一些事项。首先，我们下载的 NDK android-ndk-r10e-linux-x86_64.zip 不是最新版本（在撰写本文时为 ‘r11c’）。Rust 的 std 是针对 r10e 构建的，并链接到不再包含在 NDK 中的符号。因此，目前我们必须使用较旧的 NDK。其次，在构建独立工具链时，我们向 make-standalone-toolchain.sh 传递了 --platform=android-18。这里的“18”是 Android API 级别。如今，Rust 的 arm-linux-androideabi 目标是针对 Android API 级别 18 构建的，并且理论上应该与后续的 Android API 级别向前兼容。因此，我们选择级别 18 以获得 Rust 目前允许的最大 Android 兼容性。

我们要做的最后一件事是告诉 Cargo 在哪里可以找到 android 链接器，该链接器位于我们刚刚创建的独立 NDK 工具链中。为此，我们在 .cargo/config 中使用 'linker' 值配置 arm-linux-androideabi 目标。在执行此操作时，我们将继续为该项目设置默认目标为 Android，这样我们就无需一直使用 --target 选项来调用 cargo。

[build]
target = "arm-linux-androideabi"

[target.arm-linux-androideabi]
linker = "/home/rust/android-18-toolchain/bin/arm-linux-androideabi-clang"

现在让我们切换回 'hello' 项目目录并再次尝试构建

rust:~$ cd hello
rust:~/hello$ cargo build
   Compiling hello v0.1.0 (file:///home/rust/hello)

成功！当然，仅仅让某些东西构建完成并不是故事的结尾。你还需要将你的代码打包为 Android APK。为此，你可以使用 cargo-apk。

其他地方的 Rust

Rust 是一个软件平台，它有可能在任何带 CPU 的东西上运行。在这篇文章中，我向你展示了 Rust 已经可以使用 rustup 工具完成的一小部分工作。如今，Rust 在你每天使用的大多数平台上运行。明天，它将在任何地方运行。

那么你接下来应该期待什么？

在接下来的几个月中，我们将继续消除 Rust 交叉编译的障碍。目前，rustup 提供了对标准库的访问，但正如我们在这篇文章中看到的，交叉编译不仅仅是 rustc + std。最令人头疼的是获取和配置链接器以及 C 工具链——每个主机和目标平台的组合都需要略有不同的配置。我们希望简化这一过程，并将在 rustup 中添加“NDK 支持”。其具体含义将取决于实际情况，但我们将从最受欢迎的 Android 等平台开始，并尽可能自动化非 Rust 工具链组件的检测、安装和配置。例如，在 Android 上，我们的目标是自动化除了接受许可之外的所有基本初始设置。

除此之外，还有多项工作致力于改进 Rust 交叉编译工具，包括 xargo，它可以用于为 rustup 不支持的目标构建标准库，以及 cargo-apk，它可以从 Cargo 包构建 Android 包。

最后，Rust 未来最令人兴奋的平台不是传统的系统语言目标：而是 Web。借助今天的 Emscripten，通过将 LLVM IR 转换为 JavaScript（或 JavaScript 的 asm.js 子集），在 Web 上运行 C++ 代码非常容易。即将到来的 WebAssembly (wasm) 标准将巩固 Web 平台作为编程语言的首选目标。

Rust 具有独特的优势，有望在不久的将来成为最强大且最易用的 wasm 目标语言。 Rust 之所以如此容易移植到真实硬件，是因为它几乎可以轻松移植到 wasm。对于包含垃圾收集器的复杂运行时的语言来说，情况并非如此。

Rust 已经 被移植到 Emscripten （至少两次），但代码尚未完全落地。今年夏天，这一切将会发生：Rust + Emscripten。Web 上的 Rust。无处不在的 Rust。

结语

虽然很多人报告说 rustup 使用成功，但它仍然处于 beta 阶段，仍有一些 关键的未解决的错误，并且还不是 Rust 官方推荐的安装方法（尽管你应该尝试一下）。我们将继续征求反馈，进行改进，并修复错误。然后，我们将通过 将其嵌入到行为类似于合适的 Windows 安装程序的 GUI 中来改进 Windows 上的 rustup 安装体验。

到那时，我们可能会更新 www.rust-lang.org 上的下载说明 以推荐 rustup。我预计所有现有的安装方法都将保持可用，包括非 rustup Windows 安装程序，但届时我们的重点将是通过 rustup 改进安装体验。rustup 本身也可能被打包到 Homebrew 和 apt 等包管理器中。

如果你想自己尝试 rustup，请访问 www.rustup.rs 并按照说明进行操作。然后在 专门的论坛主题 上留下反馈，或者在问题跟踪器上 提交错误。有关 rustup 的更多信息，请参阅 README。

感谢

没有许多个人的帮助，Rust 就不会成为如此强大的系统。感谢 Diggory Blake 创建 rustup，感谢 Jorge Aparicio 修复了大量的交叉编译错误并记录了该过程，感谢 Tomaka 开创了 Rust on Android，以及感谢 Alex Crichton 为 Rust 的许多平台创建了发布基础设施。

感谢所有 rustup 的贡献者：Alex Crichton、Brian Anderson、Corey Farwell、David Salter、Diggory Blake、Jacob Shaffer、Jeremiah Peschka、Joe Wilm、Jorge Aparicio、Kai Noda、Kamal Marhubi、Kevin K、llogiq、Mika Attila、NODA、Kai、Paul Padier、Severen Redwood、Taylor Cramer、Tim Neumann、trolleyman、Vadim Petrochenkov、V Jackson、Vladimir、Wayne Warren、Yasushi Abe、Y. T. Chung